電除塵高頻電源運用問題探討

1、電除塵高頻電源運用問題探討電除塵高頻電源運用問題探討魏文深魏文深廈門市天源興環(huán)?？萍加邢薰緩B門市天源興環(huán)保科技有限公司 前言前言 電除塵高頻電源與其特有的高效、節(jié)能特性而迅速普及運用，成為目前電除塵改造和滿足新排放標(biāo)準(zhǔn)的主力設(shè)備，特別在電力行業(yè)已成為標(biāo)配。從高頻電源國內(nèi)開始使用至今，全國高頻電源已有幾千臺在運行，生產(chǎn)廠家也從二、三家增加到十余家，生產(chǎn)的高頻電源品種型號各異，性能、結(jié)構(gòu)方式、測量顯示方式均存在較大不同。由于目前電除塵高頻電源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尚未推出，總結(jié)運行中高頻電源存在的問題，可以為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供參考。本文從電除塵高頻電源的設(shè)計、生產(chǎn)、使用角度提出幾個問題供同行探討。1、電除塵高

2、頻電源參數(shù)測量方式、電除塵高頻電源參數(shù)測量方式 1.1電除塵用可控硅高壓整流設(shè)備經(jīng)過幾十年的發(fā)展和運用，其技術(shù)和使用方式已十分成熟和被用戶熟練掌握，通過電除塵高壓電源運行參數(shù)，可以很好判斷電除塵運行狀態(tài)。其中最主要的運行參數(shù)為高壓電源的一次電壓、一次電流、二次電壓、二次電流，通過它們可以繪制出電場V-I特性曲線、計算出輸入功率、輸出功率、設(shè)備效率等設(shè)備運行指標(biāo)，對于專業(yè)人員還會更重視一次電流、電壓，因為它們是從電路中直接取樣的，不經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換，更能反映電除塵電源的真實狀態(tài)，也是對比同類電源的途徑。 常規(guī)電源測試位置如圖所示。一次電壓由交流電壓表（有效值）直接量取、一次電流通過選擇合適互感器測量

3、，它們均取自變壓器輸入端，清楚反映輸入變壓器的電壓、電流和有功功率P=U1I1;二次電壓取自負(fù)高壓輸出端，經(jīng)高壓取樣電阻分壓得到，二次電流通過流過主回路電阻電流獲取。1、電除塵高頻電源參數(shù)測量方式、電除塵高頻電源參數(shù)測量方式 1.2電除塵高頻電源由于采用AC-DC-AC諧振逆變方案，電路主要由工頻整流、濾波-諧振逆變-高頻升壓、整流構(gòu)成；同時輸入為三相AC輸入，高頻變壓器單相輸入，這就使得測試點和方式與常規(guī)電源有較大不同。目前主要有如下四種方式： 1.2.1三相交流輸入端檢測（方式一） 1.2.2三相交流電流母線電壓檢測（方式二） 1.2.3直流輸入端母線檢測（方式三） 1.2.4變壓器輸入端

4、母線檢測（方式四）1.2.1三相交流輸入端檢測（方式一）由于是三相平衡輸入，一次電壓由交流電壓表（有效值）直接量取一組線電壓、一次電流通過選擇合適互感器測量其中一線電流，它們均取自高頻電源設(shè)備交流輸入端。該方式能清楚反映輸入高頻電源的電壓、電流和視在功率S=U1I11.732，對于前端配電選型、電纜選擇十分有利。但對輸入高頻變壓器的電流、電壓不好判斷，因而其輸入有功功率較難計算,要考慮其功率因數(shù)P=SCOS，不好判斷二次輸出結(jié)果的準(zhǔn)確性。二次電流、電壓采樣與常規(guī)電源相同。有些用戶用二次輸出功率和此數(shù)據(jù)S比來計算設(shè)備效率是不對的，得出的應(yīng)是電效率。1.2.2三相交流電流母線電壓檢測（方式二）與方

5、式一基本相同，就是一次電壓由交流電壓變成整流后的直流母線電壓，在非控型三相全波整流橋中其電壓關(guān)系為Ud=1.35*Ui=1.35*380=513 V直流電壓，電容濾波后最高電壓為530 V直流，這是一個不變的電壓，只與電源電壓和濾波電容有關(guān)，除非是可控型調(diào)幅控制，其電壓可為0530V。這一方式的好處是明白DC處的母線電壓，了解逆變器工作的好壞。但同方案一一樣，無法確定變壓器輸入有功功率，從而判斷二次運行結(jié)果。1.2.3直流輸入端母線檢測（方式三）交流三相經(jīng)三相整流后作為諧振逆變的母線電壓供給，測量母線電壓、電流可以得出逆變器和高頻變壓器輸入有功功率。該方式較為有效反映高頻電源設(shè)備的工作狀態(tài)，也

6、可判斷開關(guān)器件工作情況。輸入有功功率容易計算,不需要考慮其功率因數(shù)，P=UdId。因此，計算設(shè)備效率只需(U2*V2)/( Ud*Id)即可，和常規(guī)電源一致，很好判斷二次運行結(jié)果的準(zhǔn)確性。該模式可用于調(diào)頻和調(diào)幅兩種工作模式。但要測量設(shè)備電效率，必須采用鉗流表測量輸入端交流電流、電壓來計算。由于該方式測量的是直流母線電壓、電流，因此需采用750V直流電壓表測電壓，一次電流采用分流器直接測量，也可采用霍爾器件測量，但霍爾器件易受干擾波動較大，受人為調(diào)整因素也較大。1.2.4變壓器輸入端母線檢測（方式四）該方式與常規(guī)電源完全相同，測量的是輸入變壓器初級的電壓、電流情況。實際就是測量諧振逆變電壓、電流

7、，但由于此處為高頻端，無法直接測量，必須采用間接測量方式，因此其準(zhǔn)確性較差，人為調(diào)整因素也較大。但能很好反映諧振電流、電壓，判定開關(guān)器件工作狀態(tài)，測出變壓器效率。1.2.5 電除塵高頻電源測量顯示方式建議 通過以上四種方式介紹，可以看出各有優(yōu)缺點，但會給用戶帶來數(shù)據(jù)不統(tǒng)一的麻煩，難以比較。因此建議采用方式一和三組合，電除塵高頻電源和常規(guī)電源測量顯示比較除了一次電壓U1、一次電流I1、二次電壓U2、二次電流I2外，增加母線電壓Ud、母線電流Id兩個參數(shù)，有利于全面考察電除塵高頻電源設(shè)計、運行指標(biāo)，并將其作為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2、電除塵高頻電源功率因數(shù)、電除塵高頻電源功率因數(shù)如上所述，判定電除塵高頻電源電

8、效率時，其功率因數(shù)十分重要。當(dāng)前，電除塵高頻電源普遍采用如下整流電路對三相交流進(jìn)行整流濾波，其交流端電壓、電流如右圖。此整流濾波電路對功率因數(shù)的影響較大，取決于電流波形的變形率。由于本電路對交流輸入而言為非線性負(fù)載，也就是電壓波形為50HZ的正弦波，電流波形呈現(xiàn)為非50HZ正弦波，或者理解為相對50HZ正弦波有較大失真。對于電流波形的修復(fù)取決于濾波電感L和濾波電容C的選擇，既L-C濾波電路。2、電除塵高頻電源功率因數(shù)、電除塵高頻電源功率因數(shù) 2.1 由于直流濾波電感L流過電流較大，因此其體積較大，發(fā)熱也較高，特別是要做到大電感量不容易，成本也較高。許多廠家就將直流電感省略，采用大的電解電容直接

9、濾波。該方法會大大降低功率因數(shù)，對此我們做了如下實驗。 2.2 L-C功率因數(shù)實驗： 采用BUCK-IGBT-800mA/66KV斬波調(diào)幅高頻電源通過改變不同L和C進(jìn)行測試，做了5組測試，測試數(shù)據(jù)如下：2、電除塵高頻電源功率因數(shù)、電除塵高頻電源功率因數(shù) 2.2 L-C功率因數(shù)實驗：采用BUCK-IGBT-800mA/66KV斬波調(diào)幅高頻電源通過改變不同L和C進(jìn)行測試，做了5組測試，測試數(shù)據(jù)如下：2、電除塵高頻電源功率因數(shù)、電除塵高頻電源功率因數(shù) 2、電除塵高頻電源功率因數(shù)、電除塵高頻電源功率因數(shù) 2.3 數(shù)據(jù)分析： 通過以上數(shù)據(jù)可以看出，加大電容C到1000F時，功率因數(shù)PF最大僅為0.9，最

10、小為0.7；加大電感L為600H，減小電容C為33F時，功率因數(shù)最大，且基本保持在0.95左右。說明三相交流L-C整流濾波電路中電感L十分重要，是不可省略的。其電感量越大功率因數(shù)改善越多，但體積和成本也越高；而電容C則應(yīng)減小，不要采用大電解電容，但C減小對母線波紋系數(shù)改善又是不利的，對諧振逆變電路平穩(wěn)性有一定影響。因此，合理選擇L-C為電除塵高頻電源提高功率因數(shù)和運行平穩(wěn)具有重要意義。3、電除塵高頻電源外形結(jié)構(gòu)問題的探討、電除塵高頻電源外形結(jié)構(gòu)問題的探討 電除塵高頻電源來源于阿爾斯通公司SIR，其外形結(jié)構(gòu)小巧美觀，高低壓合一，封閉式高頻高壓變壓器，強制風(fēng)冷，下出高壓引出線。SIR的出現(xiàn)，引起了

11、電除塵高壓供電的更新?lián)Q代。受其影響，國內(nèi)目前開發(fā)運用的高頻電源也大都采用與之相類似的外形結(jié)構(gòu)和控制特性，包括部分高低壓合一方式?，F(xiàn)探討以下幾個問題：國內(nèi)主要電除塵高頻電源外形參考國內(nèi)主要電除塵高頻電源外形參考3.1 戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)：戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)：電除塵高頻電源是一種基于開關(guān)技術(shù)的新型電源，其工作頻率為開關(guān)頻率20KHZ，變壓器諧振頻率40KHZ，屬于高頻范疇。其控制和變壓器是組合在一起的，主要原因如下：3.1.1交流電都有一個集膚效應(yīng)，且隨著頻率越高越明顯，而集膚效應(yīng)大大降低了輸電導(dǎo)線的有效截面，是輸電工程需要避免的。3.1.2交流電都會因頻率震蕩向外發(fā)射部分能量，損失大量能

12、量，頻率越高越明顯。3.1.3線路上的感抗和電阻與頻率成正比，頻率高則感抗和電阻越大 ，導(dǎo)線上的損耗也就加大，隨著輸電線路的延長最終將有功功率消耗殆盡。3.1.4為了減小開關(guān)損耗，電除塵高頻電源都采用諧振逆變電路，諧振頻率和變壓器及其連接導(dǎo)線線的分布電容和感抗都有關(guān)系，長距離會導(dǎo)致諧振電路無法工作。3.1 戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)：戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)：基于以上原因，國內(nèi)外電除塵高頻電源都是將控制和變壓器組合在一起，且線路越短越好，這樣才能使SMPS設(shè)備正常工作。且高頻電源安裝在除塵器頂部，設(shè)備集成一體化，電纜用量顯著減少，同時，不占用控制室空間，還可節(jié)省土建成本。但是，將高頻電源安裝在除塵器

13、頂部同時帶來了許多問題和檢修維護(hù)的不便，列舉以下問題探討： 高低壓合一問題 高頻變壓器散熱問題 高壓柜顯示問題 電纜配置問題 3.1 戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)：戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)： 3.1.5 高低壓合一問題： 將高壓同該電場的低壓合一控制，有利于通過高壓電流檢測控制振打及實施斷電振打，但不利于整臺電除塵振打系統(tǒng)的協(xié)調(diào)以及電除塵低壓控制系統(tǒng)的統(tǒng)一；將低壓系統(tǒng)分散且移到電除塵頂部，加大了低壓主器件受外部灰塵、溫度等環(huán)境因素的影響，檢查維修不方便。3.1 戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)：戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)： 3.1.6 高頻變壓器散熱問題 由于采用超微晶等鐵芯結(jié)構(gòu)，高頻變壓器可以設(shè)計比常規(guī)變壓器小很

14、多，因此油箱也較小，熱容量相應(yīng)變小，因此需要采用風(fēng)機強制吹風(fēng)冷卻或水冷。受制于水泵、風(fēng)機長期連續(xù)運行可靠性問題，散熱可靠性受到影響。由于電除塵頂部空間較大，可以將變壓器油箱加大，按常規(guī)方式自然冷卻。這樣變壓器油箱熱容量加大，散熱面積大，散熱效果良好，可靠性高。另外，由于油浸式變壓器需要定期對油進(jìn)行分析化驗，自然散熱變壓器有利于油品采樣和添加。3.1 戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)：戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)： 3.1.7 高壓柜顯示問題 國內(nèi)外電除塵高頻電源基本采用SIR結(jié)構(gòu)模式，取消了柜體中檢測電流、電壓表，采用數(shù)據(jù)傳輸方式顯示。由于取消一次直接采樣，采用隔離取樣的方式，使得這種方式對柜體的調(diào)試、檢測較為不便，無法判斷數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。3.1 戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)：戶外電除塵頂部放置結(jié)構(gòu)： 3.2電纜配置問題 電除塵高頻電源均采用三相對稱輸入方式，有利于減小輸入電流，三相平衡。由于常規(guī)電源僅兩根電纜，因此高頻電源需增加一電纜至電除塵頂部。如果將高頻電源AC-DC部分放入動力箱內(nèi)，將直流電源送至高頻逆變部分（見右圖），也只需兩根電纜即可，整個改造電纜可以利舊。整流部分還可以多臺合一，戶內(nèi)工作有利于散熱及改善功率因素，還可解決第2點所述問題，且戶外逆變部分發(fā)熱減小。但本方案需解決控制電源問